2.10.2018

1

Vlastnosti složek potravin,

fyzikálně-chemické změny během

zpracování a skladování, příklady

defektů v potravinách a jejich

prevence.

Změny probíhající v potravinářských

surovinách a potravinách během skladování

nebo zpracování

Fyziologické +enzymové

Chemické

Mikrobiologické

Chemické změny

Komplex reakcí neenzymového hnědnutí

Oxidační reakce

Degradační reakce barviv

Reakce fenolů s ionty kovů

Prevence vzniku zdravotních rizik prostá kontaminace potravin toxickými látkami

vznik toxických látek během zpracování a skladování potravinářských surovin a potravin.

Nitrosaminy (aninokyseliny + dusitany), polyaromatickéuhlovodíky (uzení), degradační produkty přepalovaných tuků ve fritézách, 3-chlorpropandiol (kyselá hydrolýza bílkovin)

Procesní kontaminanty

Maso, ryby

Pečení, smažení, uzení, sušení

Heterocyklické aromatické aminy

NitrosaminyOxycholesteroly

Cereálie

Pečení, smažení, extruze

Polycyklické aromatické uhlovodíky

ChlorpropanolyAkrylamid

Karboxymethyllysin

Káva

Pražení

FuranAkrylamid

Chlorpropanoly

Mléko

Pasterace, sterilace

Karboxymethyl lysin

Brambory

Smažení

AkrylamidOxycholesterolyTrans mastné

kyseliny

Chemické změny

Potravinářské trendy

• Snižování obsahu přídatných látek

• Prodloužení trvanlivosti výrobků, zlepšení stability

• Zvyšování výživové hodnoty, využití výživových a

zdravotních tvrzení

• Zvýšení atraktivity výrobků

• Návrat k původním recepturám

• Využití netradičních surovin

• Znalost očekávaných změn

• Predikce trvanlivosti

• Potřeby konzervace

– Minimálně opracované ovoce a zelenina

– Vysoký tlak

– Ošetření pulzním elektrickým polem o vysoké

intenzitě

– Aktivní obalové prvky

– Inteligentní obaly

– Balení v modifikované atmosféře

Trendy v konzervaci

100 % šťáva z mrkve.

Skladovat při teplotě do 5°C.

Trvanlivost 10 dní

www.beskyd.cz

2.10.2018

2

• Mikrobiologické rozbory, identifikace MO

• Základní analytické rozbory

• Speciální analytika – hledání příčin defektů,

fázové rozbory GC a LC-MS s interpretací

• Odborné senzorické posouzení

• Analýza obrazu, videoanalýza

• Ambientní ionisační techniky typu DART, DESI

Sledování změn, hledání příčin

defektů

Teplota (případně střídání teplot), světlo,

vlhkost, přístup kyslíku……

Výběr indikátoru: MO, vůně, chemické znaky

Predikce trvanlivosti – zrychlené testy

A (dny/teplota) 0 3 10 17

5

25

35

50

B (dny/teplota)

5

25

35

50

Původ

Chemické a enzymové změny složek

přirozeně přítomné látky

exogenními látky - kyslík, ionty kovů, aditivní látky, složky obalů,

sanitační prostředky …

Mikroorganismy

přirozeně přítomné

sekundární kontaminace

Nedodržení technologie

nestandardní surovina, chybné dávkování jednotlivých složek,

nedostatečné tepelné ošetření, netěsnost obalu, nevhodné

skladování

Souhrn výše uvedených

Smyslové

defekty

Změna barvy

Zákal nebo sediment

Přípach

Pachuť• Degradace přirozených barviv

• Hnědnutí během zpracování a skladování

• Stabilita přídatných látek (barviv)

Změna barvy

Extrakt E+HCl E+NaOH E+HCl+Al3+

Trvanlivost nápojů s ovocnou složkou

Brusinka

Vznik zákalu nebo

sedimentu

Anorganické MikrobiologickéŽelezo

Měď

Cín

Hliník

Kvasinky

Bakterie

Plísně

Saponiny

OrganickéBílkovinné zákaly

Tříslovinové zákaly

Škrobové zákaly

Komplexy proteinů s polyfenoly a ionty kovů

Vápenaté soli kyseliny vinné nebo šťavelové

Přípachy a pachutěKontaminace z výrobního a

skladovacího prostoru a

obalu

-barvy a nátěry

-desinfekční a čistící prostředky

-migrace z obalu

Mikrobiologické reakce -rozklad aromatických a fenolových látek

-degradace kyseliny sorbové

Chemické reakce -autooxidace

-další reakce prekurzorů

Kontaminace vody

4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.000

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

220000

240000

260000

280000

300000

Time-->

Abundance

TIC: fontea221.D\data.msTIC: fontea302.D\data.ms (*)

Přípach po benzínu v ochucené vodě - příčina: uvolnění mechanismu vyfukovací hlavy

2.10.2018

3

Trénování a testování hodnotitelů

Zkouška Hodnotitelé

Trojúhelníková 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Acetaldehyd

Hexanal

D-limonen

1,3-pentadien

Guajakol

α-terpineol

p-cymen

γ-terpinen

2,4,6-TCA

Hodnocení rozdílu

od standardu1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Acetaldehyd

Hexanal

D-limonen

1,3-pentadien

Guajakol

α-terpineol

p-cymen

γ-terpinen

2,4,6-TCA

Voda

1. Universální rozpouštědlo (sůl, vitamíny, cukry,

plyny, barviva)

2. Ionizace vody (H3O+, OH-)

3. Vliv na texturu, organoleptické vlastnosti

4. Chemické reakce (hydrolýza, oxidace)

5. Stabilizace koloidů hydratací

6. Nezbytná pro růst mikroorganismů, enzymy

VodaMinerální

látky

volné, vázané, komplexy

1.Stavební funkce

2.Katalyzátor reakcí (Cu, Fe, Mg), samostatně nebo jako

složky enzymů

3.Regulace hospodaření s vodou (NaCl)

4.Pufry (K, Na, Ca)

Kontaminace – negativní účinek kovů (Sn, Cu, Fe, Al)

VODA a minerální látkyAnalýza Výsledky analýzy 252/2004 – pitná

voda

275/2004 – balená

voda

pro přípravu koj.

stravy

Dusitany 0,156 mg/l 0,5 mg/l 0,02 mg/l

Dusičňany 3,27 mg/l 50 mg/l 10 mg/l

Amonné ionty 0,418 mg/l 0,5 mg/l 0,25 mg/l

CHSKMn 2 mg/l 3 mg/l 2 mg/l

Reakce vody (pH) 6,11 6,5 – 9,5 5,0 – 8,0

Vodivost 14,4 mS/m 125 mS/m 70 mS/m

Železo 0,5 mg/l 0,2 mg/l 0,3 mg/l

Analýza Výsledky analýzy 252/2004 – pitná

voda

275/2004 – balená

voda

pro přípravu koj.

stravy

Počet kolonií při

22oC

přerostlé 200 KTJ/1ml 300 KTJ/1ml

Počet kolonií při

36oC

přerostlé 20 KTJ1/ml 60 KTJ/1ml

Koliformní bakterie 21 KTJ/100ml 0 KTJ/100ml 0 KTJ/250ml

Escherichia coli 11 KTJ/100ml 0 KTJ/100ml 0 KTJ/250ml

Enterokoky 0 KTJ/100ml 0 KTJ/100ml 0 KTJ/250ml

Pseudomonas

aeruginosa

0 KTJ/100 ml 0 KTJ/100ml 0 KTJ/250ml

• Hydrogenuhličitany + kyseliny (vinná nebo citronová) vzniká

sraženina

• Fe, Mn: vliv na vonné látky, vyloučení, změny barvy

• Cl: vliv na vonné látky, tvorba přípachu (TCA), oxidační

vlastnosti.

Tvrdost vody

a) celková tvrdost vody - způsobuje ji celkový obsah

hořečnatých a vápenatých solí

b) karbonátová tvrdost - udává obsah hydrogenuhličitanů

vápenatých a hořečnatých

c) nekarbonátová tvrdost - odpovídá obsahu chloridů, síranů,

uhličitanů a jiných solí hořčíku a vápníku.

Minerální látky

2.10.2018

4

Kyselost

•senzorické vlastnosti

•antimikrobiální vlastnosti

•chemické změny

„kyselost potravin“

„titrační kyselost“

„pH = -log ([H3O+])“

Potraviny

- kyselé (pH< 4)

- málo kyselé (pH 4-6,5)

- nekyselé (pH>6,5)

•hydrolýza

•oxidace

•parfémové

žluknutí

Změny tuků

20

Posouzení trvanlivosti

máku

Popis problému:

Vzhledem k vysokému obsahu tuku a to především

polynenasycených mastných kyselin (28-32%) jsou semena

máku a výrobky z nich vyrobené velmi náchylné k autooxidaci a

provázející změny kvality a senzorických vlastností.

Cílem zadání je získat podklady pro posouzení vlivu ošetření

(tepelné stabilizace) a mletí na prodloužení trvanlivosti máku a

senzorické vlastnosti

Provedené expertizy

•analýza vzorků máku a směsi (sušina, TBA, smyslové

posouzení, složení těkavých látek, smyslové hodnocení)

•skladovací pokusy při třech různých teplotách (TBA, smyslové

posouzení, analýza složení těkavých látek)

•sestrojení křivek skladovatelnosti

•odhad skladovatelnosti

Skladování máku při 35 °C

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60

Čas (den)

Ob

sah

mal

on

dia

ldeh

ydu

(ug

/kg

vzo

rku

)

1 mletý 6 mletý 1 6

Senzorické hodnocení-srovnání se

standardem (1 – vzorek se neliší od standardu (uložený

v chladu), 2 - mírně liší, 3 - velmi liší )

Teplota (°C)

Mletý vz./

Doba (dny) 0 7 21 43 51

4

1 1 1 1 1 1

6 1 1 1 2 2

25

1 1 1 1 2 2

6 1 1 1 3 3

40

1 1 1 2 2 3

6 1 1 2 3 3

Teplota (°C)

Nemletý vz./

Doba (dny) 0 51

4

1 1 1

6 1 2

40

1 1 1

6 1 2

21

Stanovení těkavých látek

fermentovaného salámu

Popis problému:

1. Zákazník zpracovávající klihovková střívka pro výrobu fermentovaných tepelně neopracovaných salámů s ušlechtilou plísní reklamoval změny senzorických vlastností produktu, které mají jiný zápach než obvykle, kdy produkt více voní po modrém sýru.

2. na senzorických vlastnostech výrobků se podílí řada faktorů

oxidační procesy různě intenzivní podle složení suroviny (podíl tuku, složení tuku),

průběh mikrobiologických pochodů, spontánní změny před žádoucím rozvojem startovací kultury nebo přirozeně se vyskytujících bakterií mléčného kvašení, průběh fermentace, způsob a podmínky uzení, receptura produktu (použitá koření), u plísňových plíseň na povrchu

Metodika: výběr izolační metody

analýza těkavých látek

SPME/GC/MS

5 10 15 20 0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

220000

240000

260000

280000

300000

320000

Time-->

Abundance

Standardní vzorek

Vzorek s přípachem

2-heptanone 2-octanone

Závěr:

1. V podezřelých vzorcích byly navíc identifikovány některé

methylketony.

2. doplňkové analýzy (stanovení zbytkového cukru

v salámu) indikovaly i nesprávné vedení fermentačního

procesu, ale hlavní příčina odlišné vůně vzorků: použití

odlišného oleje při výrobě.

3. olej obsahuje zejména kyselinu kaprylovou a kaprinovou

a tyto mastné kyseliny jsou metabolizovány ušlechtilou

plísní na povrchu salámku a vzniká 2-heptanon a 2-

nonanon, kromě jiného, jsou zmíněné látky typickými

složkami aroma modrého sýru. 22

Plyny v potravinách rozpuštěné nebo volné

např. u jablek a 12 - 29%

složení kolísá podle podmínek růstu a skladování (složení atmosféry, teploty)

indikátor stresu, vliv na pH (CO2 u vajec), oxidační reakce

Changes in fractional air content along a radius: L. Drazeta , Air volume measurement of ‘Braeburn’ apple fruit, J. Exp. Bot. 55 :

1061-1069.

23

1. Reakce v kyselém prostředí- hydrolýza sacharidů a glykosidů, vznik jednoduchých cukrů, následné

reakce

2. Záhřevem vznik derivátů furfuralua dalších

3. Krystalizace (G>F)

4. Neenzymové hnědnutí - Maillardovareakce

Sacharidy

Quality changes during the storage of apple puree, H. OPATOVA, M . VOLDRICH, Die

Nahrung 36 (1992) 2, 129- 134

2.10.2018

5

Hnědnutí potravin

Maillardova reakce (neenzymové

hnědnutí) browning

Redukující cukr + NH2 skupina

hnědá barva + vůně a chuť

Karamelizace

Cukry (vysoká teplota) hnědá

barva + vůně a chuť

Enzymatické hnědnutí

Polyfenoly (enzym) hnědá

barva + vůně a chuť26

Teplota °C

100

102

168

188 - 204

210

http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_Pepsi

Karamelizace

Neenzymové hnědnutí

+ barva (chleba, maso, sirup)

+ vůně (káva, kakao, maso)

+ antioxidanty

Reaktanty:

Cukry – redukující cukry, sacharosa, pentosy hexosy disacharidy

Aminokyseliny, bílkoviny

Askorbová kyselina: oxidace

Fenolické sloučeniny: O2, kovy, zásadité prostředí

Produkty oxidace lipidů, organické kyseliny

Změny:

- změna barva během skladování

- změna vůně během výroba a

skladování

- ztráta výživové hodnoty ( AK,

vitamíny)

- snížení stravitelnosti

- vznik toxických/karcinogenních látek27

Neenzymové hnědnutí

•Kondenzace - *

glykosylaminu)

•Amadoriho přesmyk

•Dehydratace

•Fragmentace

•Streckerova degradace

•Reakce meziproduktů,

polymerace - * heterocyků,

vysokomolekulárních pigmentů

Vliv podmínek: teplota (snížit), dostupnost reaktantů, aw, pH,

aditiva (SO2)

Neenzymové hnědnutí- inovace vedoucí k eliminaci

Surovina Receptura Návrh procesu Konečné operace

Bramborovéprodukty

• Teplota skladování

brambor

• Množství redukujících cukrů

• Zralost

• Přidání aminokyselin nebo

vápenaté soli

• Snížení pH

• Před zpracováním (asparaginasa,

blašírování)

• Tepelný vstup (vakuové smažení)

• In-line řízení• Pokyny na balení

• Barevný koncový

bod

Chléb /Sušenky /

Pekařské

výrobky

• Dostatečné síranové hnojení

pšenice

• nahrazení (nebo snížení) NH4CO3

• nahrazení

fruktózy• použití solí Ca2+

• Před zpracováním (asparaginasa, doba

fermentace)

• Tepelný vstup („steam baking“)

• Postupujte podle pokynů na obalu

• Barevný limit

Káva /Čekanka

• Zralost kávových zrn

• Čekankové nápojové směsi – s

nížším podílem

čekanky

• Tepelný vstup (doba a čas pražení)

• Doba skladování kávy

Kyselina askorbová - reakce

1. Aerobní (auto)oxidace: AK+ ½ O2 DAK + H2O

2. Enzymová oxidace (akorbátoxidasa, obsahuje

Cu2+, pH 4-6,5; opt. 37 °C, zelenina): AK+ ½ O2

DAK + H2O

3. Hehydrogenace pomocí polyfenolů

(polyfenoloxidasy, v ovoci), zamezí hnědnutí, ale

poté se nevratně spotřebuje a ovoce hnědne

4. Oxidace v přítomnosti Cu2+, Fe3+ (z postřiků, dříve

plechovky): meziprodukt stabilní komplex s kovy +

není-li H2O2 odbourán spouští oxidaci dalších látek

2.10.2018

6

Nutriční hodnota dětských

výživ

31

Heteroglykosidy-glukosinoláty

Sinalbin a sinigrin v hořčici

sinalbin → p-hydroxybynzylisothiokyanát (netěkavý, „teplo v ústech“, bez palčivosti

sinigrin → allylisohtiokyanát ( těkavý, velmi palčivé (ostré), mírně hořké chuti)

Standardizace palčivosti hořčice

při zachování standardního výrobního

postupu dochází ke kolísání senzorických

vlastností hořčice

příčinou je nestandardní složení

vstupních surovin – hořčičných semen

Cíl práce:

-výběr analytických metod

- posouzení kvality vstupní suroviny – hořčičných semen a

hořčice ( stanovení glukosinolátů, degradačních produktů a

senzorických vlastností)

- posouzení vlivu podmínek výroby na obsah AITK (vliv

teploty).

-posouzení vlivu obalu

-navržení kvalitativních znaků vstupní suroviny32

Heteroglykosidy-kyanogenní

zpracování – lisování peckového

ovoce s peckami, působení zvýšených

teplot (ještě neinaktivujících) během

sterilace, do kontaktu s enzymy, které

je hydrolyzují za uvolnění toxického kyanovodíku

→ zdravotní závadnost,

→ koroze a bombáže plechovek

obsahy 5-10 % amygdalinu v pecce (z toho hydrolýzou

0-5g/kg HCN)

→0-10 mg HCN/kg v džusu nebo konzervovaném

ovoci (ADI 0,05 mg/kg/den, smrtelná dávka 50

mg)

Amygdalin

semena (mandlí, jablek, meruněk,

višní)

hydrolýza: β-glukosidasa, kyselá

hydrolýza

33

Identifikace příčin zákalu v nápoji

1.Mikroskopickou analýzou byl vyloučen mikrobiální

původ sraženiny, testy byly vyloučeny další příčiny

jako anorganické soli, fenoly, bílkoviny.

2.Z provedených testů včetně pozitivní reakce na

Great Western test je zřejmé, že na tvorbě sraženiny

se podílejí složky řepného cukru, zejména saponiny.

3.Vlastní sraženina je obvykle málokdy tvořena přímo

saponiny, ale saponiny, zejména po hydrolýze a

uvolnění aglykonů iniciují tvorbu sraženiny, na které

se podílejí další složky nápoje, extrakty a složky

uchycujících přísad a také složky vody, zejména

huminové látky.

grapefruit light minerálka (normální světlo) grapefruit light minerálka (normální světlo)

jahoda minerálka (normální světlo) jahoda minerálka (normální světlo)

Heteroglykosidy-saponiny

34

pH

pH 5 červená až

modrofialová

pH < 5 - vzestup barevné

intenzity, barevný tón

nezměněn, roste

absorbance

pH > 5 fialová, modrá

Anthokyany Vliv technologie a skladování

Pelargonie: delphinidin 3-glucoside

Extrakt E+HCl E+NH3 E+HCL+Al3+

Teplota

Záhřev krátkodobý vzestup barevné intenzity při zachování barevného tónu,

není trvalé, brzy pokles (uvolnění barviva díky vyšší propustnosti buněčných

stěn, hydrolýza aglykon, destrukce, snížení rozpustnosti)

Další vlivy:

- zplodiny Maillardovy reakce

- AK a DAK v přítomnosti kyslíku urychlení

- cizorodé látky (kyslík, kovy)

Závěr: zahřívat tak, aby vzniklo co nejméně produktů Maillardovy reakce, co

nejnižší obsah DAK, co nejdokonalejší odvzdušnění, skladovat v chladu35

Falšování džemů, marmelád

Snížení ovocného podílu

Použití jiného druhu ovoce

Použití nedovolených přísad

4,5 6,3 7,5 8,8 10,0 11,3 12,5 13,8 15,0 16,3 17,5 18,8 20,0 21,3 22,5 23,8 25,0 26,3 28,5

-0,88

-0,00

0,50

1,00

1,96

1 - anthokyany grad nemci 13.5.05 #6 jah dzem UV_VIS_1

2 - anthokyany grad nemci 13.5.05 #8 jd+0,5 UV_VIS_1

3 - anthokyany grad nemci 13.5.05 #10 jd+5 UV_VIS_1mAU

min

3

2

1

WVL:525 nm

Anthocyanin profiles – SJ (black), SJ with addition 0,5 (blue) and 5 % (pink) of aronia

Anthokyany (majoritní složka pelargonidin 3-glukosid) jsou dostatečně specifické kriterium, ale obsah a složení anthokyanů je ovlivněno technologií

36

2.10.2018

7

Karotenoidy

žluté, oranžové, červené až hnědé, fialové

nerozpustné ve vodě, rozpustné v tucích a org. rozpouštědlech

Rozdělení podle chemického složení :

karoteny – bezkyslíkaté uhlovodíky – rozpustné v petroletheru

xanthofyly – karotenoidní alkoholy, epoxidy, ketony a kyseliny –rozpustné v ethanolu a nerozpustné v petroletheru

Výskyt: mrkev, petržel, celer, špenát, šípky, meruňky, rybíz, broskve, ostružiny, borůvky, krmivem - do tukové tkáňe, vejce

Změny obsahu karotenoidů po

sklizni:

listová zelenina - pokles

zásobní orgány zeleniny - přírůstek

ovoce - přírůstek

37

Chlorofyl

Struktura

čtyři pyrolové kruhy – Mg –vázán komplexní vazbou

Chlorofyl A – modrozelený, Chlorofyl B – žlutozelený

Stabilita:

Mechanické zákroky – stabilní

Zrání – odbourávání chlorofylu (enzym chlorofylaza), záleží na teplotě (rajčata teplota 10°C – rajčata zůstávají zelená)

Záhřev v kyselém prostředí –hořčík chlorofylu se nahrazuje vodíkem – vzniká feofytin –změna barvy na olivově až slámově zelenou (feofytinace )

38

ChlorofylRychlost feofytinace

ovlivňuje – kyselost, teplota a

doba zahřívání lineární růst

kyselosti, teploty a času záhřevu

- ztráty chlorofylu se zvětšují

exponenciálně.

V H+ feofytiny se hydrolyzují

z části na feoforbidy (oddělí se

fytylová skupina) – zbarvení se

přiblíží k původnímu zelenému

Předcházení feofytinace –

povaření zeleniny v okyselených

roztocích měďnatých (hlinitých)

solí – měď (hliník) se pevně váže

do chlorofylu na místo hořčíku –

trvale sytě zelená barva - NENÍ

POVOLENO39

Hemová barviva

Barevná složka – hem

Nosná bílkovina – globin

Reakce:

Vazba

Látka Barva Název Výskyt

Fe++

:H2O Tmavě červený Myoglobin (redukovaný, deoxy) Uprostřed masa

:O2 Rumělkově červený Oxymyoglobin Povrch masa, na vzduchu

:NO Růžový Nitroxy myoglobin Dusitanové soli, uzení

:CO Červený Karboxymyoglobin Uzení, nežádoucí

Fe+++ -OH Hnědo-šedivo červený Metmyoglobin

Nízký přístup kyslíku, pod povrchem

-H2O2 Zelený Choleglobin Nežádoucí

http://www.genuineideas.com/ArticlesIndex/srameatmyoglobin.html

Hemová

barvivaBílkoviny - reakce

Denaturace změna struktury, koagulace, vyvločkování

ztráta biol. aktivity a funkce

teplotou, odstraněním vázané vody (+kovy, pH, ultrazvuk)

+ inhibice, enzymů, antinutričních faktorů, MO

Zelenina – zpevnění a pak rozklad struktury, vyvločkování, zákaly,

vyluhování

Maso – změna barvy, synerze, zvýšení využitelností bílkovin

interakce se sacharidy: Maillardova reakce

interakce s oxid. lipidy, mezi sebou

Štěpení bílkovin (enzymy proteasy, inaktivace záhřevem) → vliv na

konzistenci + další interakce + vliv na chuť a aroma + * toxických látek